基于激光SLAM的井筒变形监测及损坏特征提取
我国是矿业生产大国，矿业资源丰富，矿业的开采和生产为国民经济发展注入源源不断的动力。矿井是采矿工作的“生命线”，不仅关系到采矿人员的生命安全，还关系到采矿仪器设备的安全。因此对井筒进行变形监测与安全检测进而而保证井筒的正常运行尤为重要。 对于矿井进行高效、高精度、便捷安全的监测是目前采矿工作最重要的研究课题之一。常规的井筒监测技术存在监测效率低，现场施测困难，获取数据质量差等问题，不能满足采矿行业自动化、标准化的需要。本文利用三维激光扫描得到待测点坐标，生成高精度的井筒表面三维模型，通过对井筒点云进行数据处理与算法研究，提取并分析井筒的倾斜状况和损坏状况，能够辅助生成维护方案，做到有效及时的预警，避免潜在事故的发生。本研究基于激光SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping）技术，针对矿井的安全监测领域进行拓展，为井筒的变形与损坏监测提供了一种精度高、作业高效、非接触式的方法，本文针对矿井安全监测的主要工作与成果如下： （1）提出了利用激光SLAM对井筒进行变形监测的方法，评定了激光SLAM监测井筒方法的精度范围。并探究了激光SLAM监测井筒的原理和外业数据采集方法。 （2）设计并得到了井筒变形监测最优方案。根据可行的监测方案，通过对控制点布设实验展开研究，得到了最优的控制点布设方案；为了进一步提高建图精度，设计了井筒监测下放平台，以矿山井筒进行监测实验，实验结果满足理论误差推导的最小值，表明监测方案最优。 （3）提出了井筒点云数据处理及变形损坏提取方法。探究了点云数据求取井筒中心轴线的处理方法；介绍了基于质心分析算法提取破损区域的流程；阐释了基于点云强度的井筒渗流特征提取算法，为井筒倾斜变形和损坏特征提取提供了重要的方法。 （4）以峰峰矿区牛儿庄矿主井井筒及辛安矿副井井筒为实例进行了工程应用研究，不仅得到了井筒的倾斜变形和损坏特征，而且对现场采用的不同井筒监测方法进行讨论分析，将激光SLAM应用于矿山井筒监测能够取得良好的应用效果。
矿山井筒;变形监测;损坏特征提取;SLAM技术;三维激光扫描
中国矿业大学;中国矿业大学(江苏)
硕士
大地测量学与测量工程
周大伟
2023
中文
TD322
2023-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）